Modélisation de la distribution d espèces benthiques sous l influence du changement climatique Ntsoa Rakoto RAZAFIMAHEFA M2 - Agrocampus Yoann THOMAS - IRD Cédric Bacher Ifremer cedric.bacher@ifremer.fr
Accélération du réchauffement climatique au cours du XXI ème siècle (IPCC, 2014) Tendance température (1986 2006) Analyse des données satellites (Saulquin et Gohin, 2010) 0.2-0.8 C/décade Changements moyens de température en 2081-2100. 2.6 C 4.8 C par rapport à 1986 2005 (GIEC, 2013)
Conséquences sur les espèces Changement climatique Effet sur la physiologie, morphologie, comportements Cycle de vie Changement en taille de la population et de la structure de la communauté Enjeux Comprendre la réponses des espèces aux changements environnementaux Variation en abondance, distribution, diversité et productivité Prévoir les changements d aire de répartition (biogéographie)
Objectifs Développer un modèle générique et mécaniste de dynamique de population spatialisée pour les espèces bentho-pélagiques Simulation de la dynamique spatiale et temporelle d espèces d intérêt (économique, écologique) sous différents scénarios de changement climatique Application à une zone d étude Bretagne Espèce cible: Mytilus edulis Scénarios : température actuelle/température RCP 8.5 Simulation théorique Résultats Vitesse de colonisation Densité/Biomasse à l équilibre pour les deux scénarios Effet des changements de température (toutes conditions étant égales par ailleurs)
Stratégie de modélisation Cycle de vie d une espèce bentho-pélagique Processus modélisés Forçages Matrice de connectivité Phase larvaire pélagique Dispersion Nourriture Température Phase adulte fixée Connectivité Recrutement Surface disponible Traits d histoire de vie Interactions biotiques : compétition pour l espace (Roughgarden, 1988)
Connectivité spatiale entre populations 173 patchs: habitats potentiels identifiés à partir des cartes d habitats EUNIS Connectivité moyenne annuelle Simulation 22 jours de vie larvaire (MARS3D)
Traits d histoire de vie individuels Modèle Bioénergétique: Dynamic Energy Budget (DEB) Pseudofaeces Faeces Variables d état Réserves Volume en structure Développement Reproduction Flux métaboliques Forçages Variables observables Longueur physique Masse totale Masse sèche Fécondité
Simulations Échelles temporelle et spatiale du modèle Pas de temps : journalier Durée de simulation: 30 ans Unité spatiale : patch = 4 4 km l unité spatiale ayant servi à calculer la connectivité (MARS3D) Les processus sont considérés homogènes à l échelle d un patch Forçages temporels/spatiaux Température Nourriture (proxy) Matière particulaire inorganique Gradients spatiaux de nourriture Paramétrisation DEB : paramètres extraits de la littérature Taux de mortalité journalier = moyenne des données extraites de la littérature Taux de recrutement Scénario de référence/projection Modèle: CNRM-CM5 Variables simulées Cohortes Biomasses
Capacité de colonisation Initialisation 1. Sud: densité en patch 1 2. Nord: densité en patch172 Scénario Réf Colonisation plus rapide en partant du SUD: facteurs physiques (connectivité) Barrière biologique: facteurs trophiques
INTRODUCTION RESULTATS DISCUSION ET PERSPECTIVES Effets du réchauffement sur la structure et dynamique des populations Initialisation = 1 cohorte dans chaque patch Simulations sur 30 ans Résultats stabilisation : compétition spatiale lors du recrutement fluctuations inter-annuelles : variabilité environnementale/traits biologiques différences spatiales différence entre scénarios Nombre de cohortes/patch Scénario Densité de projection d individus/patch («Proj.») Ensemencement sur toutes les mailles Extraction des résultats après 7 ans de spin-up Extraction sur une période de 15 ans Comparaison Réf vs. Proj
INTRODUCTION RESULTATS DISCUSION ET PERSPECTIVES Effets du réchauffement sur la biomasse Taux de variation de la biomasse moyenne sur 15 ans par patch Taux de variation = 100 x (Proj Ref.) Ref. SUD NORD Diminution de la biomasse Gradient Sud-Nord
INTRODUCTION RESULTATS DISCUSION ET PERSPECTIVES Effets du réchauffement sur la biomasse Evolution biomasse sur 15 ans par patch (kg/m 2 ) NORD SUD Hétérogénéité spatiale, gradient Nord-Sud biomasse réduite au Nord (patchs 100 à 172) Variabilité interannuelle oscillations annuelles
INTRODUCTION RESULTATS DISCUSION ET PERSPECTIVES Principaux résultats Utilisation d une plateforme de simulation multi-agents : NETLOGO Importance des mécanismes spatiaux Colonisation très rapide dans la zone d étude (10 ans) : forte connectivité Colonisation du Sud vers le Nord plus rapide : circulation océanique dominante du Sud vers le Nord (Ayata et al., 2010) Emergence de «frontières biologiques» : effet de la variabilité des conditions environnementales sur les traits d histoire de vie individuels Effets du réchauffement (RCP8.5) Modulation des flux métaboliques Phénologie de la ponte Variation de la biomasse ~ [-20 %, +5 %] Recrutement plus précoce en moyenne Elargissement de la période sans recrutement en été Recrutement hivernal réduit
INTRODUCTION RESULTATS DISCUSION ET PERSPECTIVES Modélisation vs Observations : quelle stratégie d observation pour expliquer les changements d aire de répartition Echelle des processus Temps de réponse: phénologie, cycle de vie, population Espace: habitats, dispersion larvaire Assimilation de données Images satellites Scénarios Sources de variabilité Connectivité saisonnière Variabilité inter-individuelle Variabilité environnementale Scénarios de chlorophylle a Sabellaria alveolata Approche multi-espèces Espèces indicatrices Magallana gigas
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